JP7005135B2 - Articles and methods of cooling articles - Google Patents

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Description

本発明は、物品及び物品を冷却する方法に関する。より具体的には、本発明は、冷却式物品及び冷却式物品を冷却する方法に関する。 The present invention relates to articles and methods of cooling articles. More specifically, the present invention relates to a cooling type article and a method for cooling a cooling type article.

タービンシステムは、効率を高めかつコストを低減するように継続的に改修されている。タービンシステムの効率を高める１つの方法としては、タービンシステムの作動温度を高くすることを挙げることができる。温度を高くするために、タービンシステムは、連続作動時にこのような温度に耐える材料で構成する必要がある。 Turbine systems are continually being refurbished to increase efficiency and reduce costs. One way to increase the efficiency of the turbine system is to raise the operating temperature of the turbine system. In order to increase the temperature, the turbine system needs to be constructed of materials that can withstand such temperatures during continuous operation.

構成要素の材料及びコーティングを改修することに加えて、構成要素の温度性能を高める１つの共通の方法としては、冷却特徴部の使用を挙げることができる。例えば、多くのタービン構成要素は、内部キャビティの中に配置されたインピンジメントスリーブ又はインピンジメントプレートを含む。インピンジメントスリーブ又はプレートは、冷却流体をタービン構成要素の内面に向かわせて、タービン構成要素のインピンジメント冷却を可能にする複数の冷却通路を含む。しかしながら、タービン構成要素の中に位置決めするために別個の独立したインピンジメントスリーブを形成することは製造時間及びコストが増加する。加えて、インピンジメントスリーブは、典型的に、インピンジメントスリーブとタービン構成要素との間に有意な直交流を生じ、かつ同時に冷却通路の各々を通る流体流をもたらすために十分な冷却流体を必要とし、いずれもシステムの効率を低下させる。 In addition to refurbishing the materials and coatings of the components, one common way to improve the temperature performance of the components is the use of cooling features. For example, many turbine components include impingement sleeves or impingement plates located within the internal cavity. The impingement sleeve or plate includes multiple cooling passages that direct the cooling fluid toward the inner surface of the turbine component to allow impingement cooling of the turbine component. However, forming a separate and independent impingement sleeve for positioning within the turbine component increases manufacturing time and cost. In addition, the impingement sleeve typically requires sufficient cooling fluid to create a significant orthogonal flow between the impingement sleeve and the turbine components and at the same time provide a fluid flow through each of the cooling passages. Both reduce the efficiency of the system.

タービン構成要素を冷却する他の方法としては、蛇行路冷却の利用を挙げることができる。蛇行路冷却は、冷却流体をタービン構成要素の中の通路を通過させて構成要素の正圧側壁及び負圧側壁の両方を同時に冷却する。両壁の同時冷却は、他方の壁を十分に冷却するために一方の壁の過剰な冷却をもたらす場合がある。一方の壁の過剰な冷却は、温度勾配、並びに不必要なヒートピックアップにつながり、いずれも下流冷却有効性及び冷却効率を低下させる。 Another method of cooling turbine components can include the use of meandering path cooling. Serpentine cooling allows the cooling fluid to pass through a passage through the turbine component to simultaneously cool both the positive and negative pressure sidewalls of the component. Simultaneous cooling of both walls may result in excessive cooling of one wall in order to adequately cool the other wall. Excessive cooling of one wall leads to temperature gradients as well as unnecessary heat pickup, both of which reduce downstream cooling effectiveness and cooling efficiency.

米国特許第８０７０４４２号明細書U.S. Pat. No. 8070442

１つの実施形態において、物品は、内面及び外面を有し、内面が内部領域を定める本体部分と、各々が内部領域を横切って延びる、本体部分の中の複数の隔壁と、複数の隔壁の各々において、流体を本体部分の内面に向かって送るように配列及び配置された少なくとも１つの開口部とを含む。複数の隔壁は、少なくとも１つのアップパスキャビティ及び少なくとも１つのリユースキャビティを形成し、少なくとも１つのリユースキャビティは、隔壁の１つにおける少なくとも１つの開口部から流体を受け入れるように配列及び配置される。 In one embodiment, the article has a body portion having an inner surface and an outer surface, the inner surface defining an internal area, a plurality of partition walls in the body portion, each extending across the internal area, and each of the plurality of partition walls. Includes at least one opening arranged and arranged to direct fluid towards the inner surface of the body portion. The bulkheads form at least one uppass cavity and at least one reuse cavity, and the at least one reuse cavity is arranged and arranged to receive fluid from at least one opening in one of the bulkheads.

他の実施形態において、物品は、内面及び外面を有し、内面が内部領域を定める、本体部分と、各々が物品の正圧側面壁から負圧側面壁まで内部領域を横切って延び、内部領域の中にアップパスキャビティ及び少なくとも１つのリユースキャビティを形成する、複数の一体隔壁と、一体隔壁の各々に形成され、本体部分の内面に向けて流体を送るように配列及び配置された少なくとも１つの開口部と、を含む。アップパスキャビティは、物品の外部から流体を受け入れるように配列及び配置され、少なくとも１つのリユースキャビティの各々は、隔壁のうちの１つの少なくとも１つの開口部からポストインピンジメント流体を受け入れるように構成される。 In another embodiment, the article has an inner surface and an outer surface, the inner surface defining an internal area, a body portion and each extending across the internal area from the positive pressure side wall to the negative pressure side wall of the article and within the internal area. A plurality of bulkheads forming an uppass cavity and at least one reuse cavity, and at least one opening formed in each of the bulkheads and arranged and arranged to direct fluid toward the inner surface of the body portion. And, including. The uppass cavities are arranged and arranged to receive fluid from the outside of the article, and each of the at least one reuse cavity is configured to receive post-impingement fluid from at least one opening in one of the bulkheads. To.

別の実施形態において、物品を冷却するための方法は、内面及び外面を有し、内面が内部領域を定める本体部分と、内部領域を横切って延び、内部領域の中にアップパスキャビティを形成するアップパス隔壁と、内部領域を横切って延び、内部領域の中にリユースキャビティを形成するリユース隔壁と、アップパス隔壁及びリユース隔壁の各々に形成され、本体部分の内面に向けて流体を送るように配列及び配置された少なくとも１つの開口部とを備える物品を準備する段階と、流体をアップパスキャビティに送る段階と、アップパス隔壁の少なくとも１つの開口部通じて流体流れを発生させる段階と、本体部分の内面に第１の流体流れを接触させる段階であって、内面との接触が、内面を冷却して第１のポストインピンジメント流体を形成する、段階と、リユースキャビティの中に第１のポストインピンジメント流体を受け入れる段階と、リユース隔壁の少なくとも１つの開口部を通じてリユース流体流れを発生させる段階と、本体部分の内面にリユース流体流れを接触させる段階であって、内面との接触が、内面を冷却してリユースポストインピンジメント流体を形成する、段階と、を含む。リユース流体流れは、少なくとも１つのリユースキャビティの中に受け入れられた第１のポストインピンジメント流体から生じる。 In another embodiment, a method for cooling an article has an inner surface and an outer surface, with a body portion having an inner surface defining an internal region and extending across the internal region to form an uppass cavity within the internal region. An uppass partition, a reuse partition that extends across the internal region and forms a reuse cavity in the internal region, and each of the uppass and reuse bulkheads is formed to send fluid toward the inner surface of the body portion. A step of preparing an article with an array and at least one opening, a step of feeding fluid into an uppass cavity, a step of generating fluid flow through at least one opening of an uppass bulkhead, and a body. A step in which the first fluid flow is brought into contact with the inner surface of the portion, the contact with the inner surface cooling the inner surface to form the first post-impingement fluid, and the first in the reuse cavity. The stage of receiving the post-impingement fluid, the stage of generating the reused fluid flow through at least one opening of the reused partition wall, and the stage of contacting the reused fluid flow with the inner surface of the main body portion, and the contact with the inner surface is the inner surface. Cooling to form a reuse post-impingement fluid, including steps. The reuse fluid flow arises from the first post-impingement fluid received in at least one reuse cavity.

本発明の他の特徴及び利点は、例証として本発明の原理を示す添付図面を参照しながら、以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。 Other features and advantages of the invention will become apparent from the following more detailed description, with reference to the accompanying drawings illustrating the principles of the invention as an example.

本開示の実施形態による、物品の正面斜視図。A front perspective view of an article according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態による、図１の物品の線2-2に沿った断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of the article of FIG. 1 according to an embodiment of the present disclosure. 隔壁を取り除いた図２の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 2 with the partition wall removed. 本開示の実施形態による、図２の物品の中の流れプロフィールの概略図。Schematic of the flow profile in the article of FIG. 2 according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の別の実施形態による、図１の物品の線２－２に沿った断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of the article of FIG. 1 according to another embodiment of the present disclosure.

可能な限り、図面全体を通じて同じ要素を示すために同じ参照符号が使用される。 Wherever possible, the same reference numerals are used to indicate the same elements throughout the drawing.

物品及び物品を冷却する方法が提供される。本開示の実施形態は、例えば、本明細書に開示された特徴部の１又は２以上が無いコンセプトに比べて、物品の過剰な冷却を低減し、物品の過剰な冷却に起因する冷却流体の温度上昇を低減し、冷却効率を高め、温度勾配の形成を低減し、下流冷却有効性を高め、冷却流体の再利用を促進し、高い冷却流分配制御を促進し、物品温度の高い安定性を可能にし、直交流を低減し、直交流勾配を低減し、物品寿命を延ばし、高いシステム温度の使用を促進し、システム効率を高め、膜供給圧に対する高い制御を可能にし、又はこれらを組み合わせたものをもたらす。 Articles and methods of cooling the articles are provided. Embodiments of the present disclosure reduce the overcooling of the article and the cooling fluid resulting from the overcooling of the article, as compared to, for example, the concept without one or more of the features disclosed herein. Reduces temperature rise, increases cooling efficiency, reduces temperature gradient formation, enhances downstream cooling effectiveness, promotes cooling fluid reuse, promotes high cooling flow distribution control, high stability of article temperature Enables, reduces orthogonal flow, reduces orthogonal flow gradients, prolongs article life, promotes the use of high system temperatures, increases system efficiency, enables high control over membrane feed pressure, or a combination of these. Bring something.

図１を参照すると、１つの実施形態において、物品１００は、限定されるものではないが、タービンバケット１０１又はブレードを含む。タービンバケット１０１は、根元部分１０３、プラットフォーム１０５、及び翼形部分１０７を有する。根元部分１０３は、タービンバケット１０１をロータホイール等のタービンシステムの中に固定するように構成される。加えて、根元部分１０３は、タービンシステムからの流体を受け入れ、この流体を翼形部分１０７に送るように構成される。本明細書ではタービンバケットに関して記載されているが、当業者であれば理解できるように、物品１００はタービンバケットに限定されず、中空構成要素、高温ガス通路構成要素、シュラウド、ノズル、ベーン、又はこれらを組み合わせたもの等の冷却流体を受け入れるのに適した何らかの他の物品を含むことができる。 Referring to FIG. 1, in one embodiment, the article 100 includes, but is not limited to, a turbine bucket 101 or a blade. The turbine bucket 101 has a root portion 103, a platform 105, and an airfoil portion 107. The root portion 103 is configured to secure the turbine bucket 101 in a turbine system such as a rotor wheel. In addition, the root portion 103 is configured to receive fluid from the turbine system and send this fluid to the airfoil portion 107. Although described herein with respect to turbine buckets, as will be appreciated by those skilled in the art, article 100 is not limited to turbine buckets, but hollow components, hot gas passage components, shrouds, nozzles, vanes, or. It can include any other article suitable for receiving the cooling fluid, such as a combination of these.

翼形部分１０７の断面を示す図２に例示するように、物品１００は、外面２０３、内面２０５、及び内部に形成された１又は２以上の隔壁２１０を有する本体部分２０１を含む。１又は２以上の隔壁２１０の各々は、物品１００の第１の側面から物品１００の第２の側面まで内部領域２０７を横切って延び、さらに障壁を貫通して形成された少なくとも１つの開口部２２０を含む。例えば、１つの実施形態において、隔壁２１０の各々は、翼形部分１０７の負圧側面２０８の内面２０５から、翼形部分１０７の正圧側面２０９の内面２０５まで延びる。内面２０５及び該内面２０５で規定される内部領域２０７をより明瞭に示すために、図３は、図２の隔壁２１０を取り外した状態で翼形部分１０７を示す。 As illustrated in FIG. 2, which shows a cross section of the airfoil portion 107, the article 100 includes an outer surface 203, an inner surface 205, and a body portion 201 having one or more partition walls 210 formed inside. Each of the one or more partition walls 210 extends across the internal region 207 from the first side surface of the article 100 to the second side surface of the article 100 and further penetrates the barrier at least one opening 220. including. For example, in one embodiment, each of the partition walls 210 extends from the inner surface 205 of the negative pressure side 208 of the airfoil portion 107 to the inner surface 205 of the positive pressure side surface 209 of the airfoil portion 107. In order to more clearly show the inner surface 205 and the internal region 207 defined by the inner surface 205, FIG. 3 shows the airfoil portion 107 with the partition wall 210 of FIG. 2 removed.

図２に戻ると、１又は２以上の隔壁２１０は、本体部分２０１と一体で及び／又は別体で形成することができる。１つの実施形態において、１又は２以上の隔壁２１０を本体部分２０１と一体形成すると、本体部分２０１と別体で形成して後で固定する１又は２以上の隔壁２１０と比較すると、１又は２以上の隔壁２１０と本体部分２０１との間の流体通路が減少するか又はなくなる。他の実施形態において、１又は２以上の隔壁２１０を本体部分２０１と一体形成すると、本体部分２０１と別体で形成して後で固定する１又は２以上の隔壁２１０と比較すると、ポストインピンジメントへの漏洩が減少するか又はなくなる。本体部分２０１及び／又は１又は２以上の隔壁２１０を形成するための適切な方法としては、限定されるものではないが、直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）、直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）、熱溶解積層造形（ＦＤＭ）、何らかの他の付加製造法、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。 Returning to FIG. 2, one or more partition walls 210 can be formed integrally with and / or separately from the main body portion 201. In one embodiment, when one or more partition walls 210 are integrally formed with the main body portion 201, one or two are compared with one or two or more partition walls 210 which are formed separately from the main body portion 201 and fixed later. The fluid passage between the partition wall 210 and the main body portion 201 is reduced or eliminated. In another embodiment, when one or more partition walls 210 are integrally formed with the main body portion 201, the post-impingement is compared with the one or more partition walls 210 which are formed separately from the main body portion 201 and fixed later. Leakage to is reduced or eliminated. Suitable methods for forming body portions 201 and / or one or more bulkheads 210 are, but are not limited to, direct metal laser melting (DMLM), direct metal laser sintering (DMLS), selection. Laser melting (SLM), selective laser sintering (SLS), fused deposition modeling (FDM), some other additive manufacturing method, or a combination thereof can be mentioned.

１又は２以上の隔壁２１０は、少なくとも１つのアップパス及び少なくとも１つのリユースキャビティ２１３を形成する。少なくとも１つのアップパスキャビティ２１１は、限定されるものではないが、根元部分１０３から翼形部分１０７に送られた流体といった、物品１００の外部から流体を受け入れるように配置される。リユースキャビティ２１３の各々は、限定されるものではないが、アップパスキャビティ２１１、及び／又はアップパスキャビティ２１１とリユースキャビティ２１３との間に何らかの他のリユースキャビティ２１３を形成する隔壁２１０の１又は複数の開口部２２０を通過する流体といった、１又は２以上の隔壁２１０の１又は複数の開口部２２０を通過する流体を受け入れるように構成される。例えば、図２に示すように、物品１００の外部からの流体は、順次、少なくとも１つのアップパスキャビティ２１１から、物品１００の少なくとも１つのアップパスキャビティ２１１と前縁２４０及び／又は後縁２５０との間の、１又は２以上のリユースキャビティ２１３の各々を通って移動する。 One or more bulkheads 210 form at least one uppass and at least one reuse cavity 213. The at least one uppass cavity 211 is arranged to receive fluid from the outside of the article 100, such as, but not limited to, the fluid sent from the root portion 103 to the airfoil portion 107. Each of the reuse cavities 213 is, but is not limited to, one or more of the uppass cavities 211 and / or the partition walls 210 forming some other reuse cavities 213 between the uppass cavities 211 and the reuse cavities 213. It is configured to receive fluid that passes through one or more openings 220 of one or more partition walls 210, such as fluid that passes through the opening 220 of the. For example, as shown in FIG. 2, fluids from the outside of the article 100 sequentially from at least one uppass cavity 211 to at least one uppass cavity 211 and leading edge 240 and / or trailing edge 250 of the article 100. Move through each of one or more reuse cavities 213 between.

１つの実施形態において、物品１００は、内部領域２０７の中の隔壁２１０の１つによって形成された２つのアップパスキャビティ２１１を含む。他の実施形態において、一方のアップパスキャビティ２１１は前縁２４０に向かって延び、他方のアップパスキャビティ２１１は後縁２５０に向かって延びる。前縁２４０に向かって延びるアップパスキャビティ２１１、並びにアップパスキャビティ２１１と前縁２４０との間に形成された何らかのリユースキャビティ２１３は、前縁経路２４１を定める。後縁２５０に向かって延びるアップパスキャビティ２１１、並びにアップパスキャビティ２１１と後縁２５０との間に形成された何らかのリユースキャビティ２１３は、後縁経路２５１を定める。 In one embodiment, the article 100 comprises two uppass cavities 211 formed by one of the partition walls 210 in the internal region 207. In another embodiment, one uppass cavity 211 extends towards the leading edge 240 and the other uppass cavity 211 extends towards the trailing edge 250. The uppass cavity 211 extending towards the leading edge 240 and some reuse cavity 213 formed between the uppass cavity 211 and the leading edge 240 define the leading edge path 241. The uppass cavity 211 extending towards the trailing edge 250, as well as some reuse cavity 213 formed between the uppass cavity 211 and the trailing edge 250, define the trailing edge path 251.

前縁経路２４１及び後縁経路２５１の各々は、何らかの適切な数のリユースキャビティ２１３を含む。例えば、図２及び４に示すように、前縁経路２４１及び後縁経路２５１の両方は、２つのリユースキャビティ２１３を含む。他の実施例において、図５に示すように、前縁経路２４１は３つのリユースキャビティ２１３を含み、後縁経路２５１は２つのリユースキャビティ２１３を含む。当業者であれば理解できるように物品１００は前記の実施例に限定されるものではなく、何らかの他の適切な数のアップパスキャビティ２１１及び／又はリユースキャビティ２１３を含むことができ、前縁経路２４１及び後縁経路２５１は同じ又は異なる数のキャビティを有することができる。 Each of the leading edge path 241 and the trailing edge path 251 contains any suitable number of reuse cavities 213. For example, as shown in FIGS. 2 and 4, both the leading edge path 241 and the trailing edge path 251 include two reuse cavities 213. In another embodiment, as shown in FIG. 5, the leading edge path 241 comprises three reuse cavities 213 and the trailing edge path 251 comprises two reuse cavities 213. As will be appreciated by those skilled in the art, article 100 is not limited to the above embodiment and may include any other suitable number of uppass cavities 211 and / or reuse cavities 213, leading edge paths. The 241 and the trailing edge path 251 can have the same or different number of cavities.

図２、４、及び５を参照すると、１又は２以上の隔壁２１０の各々に成形された少なくとも１つの開口部２２０は、そこを通る流体流れをもたらす。１つの実施形態において、アップパスキャビティ２１１を形成する隔壁２１０の少なくとも１つの開口部２２０は、アップパスキャビティ２１１から１又は２以上のリユースキャビティ２１３までの流体流れをもたらす。他の実施形態において、リユースキャビティ２１３の各々を形成する隔壁２１０の少なくとも１つの開口部２２０は、リユースキャビティ２１３から１又は２以上の他のリユースキャビティ２１３への流体流れをもたらす。別の実施形態において、本体部分２０１は、その中に形成された１又は２以上の通路２３０を含み、通路２３０の各々は、流体を１つのアップパスキャビティ２１１及び／又は１つのリユースキャビティ２１３から外面２０３へ送るように構成されている。 Referring to FIGS. 2, 4, and 5, at least one opening 220 formed in each of one or more partition walls 210 provides fluid flow through it. In one embodiment, at least one opening 220 of the bulkhead 210 forming the uppass cavity 211 provides fluid flow from the uppass cavity 211 to one or more reuse cavities 213. In another embodiment, at least one opening 220 of the bulkhead 210 forming each of the reuse cavities 213 provides fluid flow from the reuse cavities 213 to one or more other reuse cavities 213. In another embodiment, the body portion 201 comprises one or more passages 230 formed therein, each of which allows fluid to flow from one uppass cavity 211 and / or one reuse cavity 213. It is configured to send to the outer surface 203.

各キャビティを通る流体流れをもたらすことに加えて、各隔壁２１０の開口部２２０の１又は２以上は、本体部分２０１の内面２０５に向かって流体を送るように構成されている。例えば、開口部２２０の各々は、内面２０５に向けられたインピンジメント流体流れを生じるように構成することができる。追加的に又は代替的に、１又は２以上の通路２３０の各々は、そこを通る流体からフィルム流を生じるように構成することができる。１又は２以上の開口部２２０及び／又は１又は２以上の通路２３０の適切な形状及び／又は幾何形状としては、限定されるものではないが、直線、湾曲、円形、略円形、半円形、山形、正方形、三角形、星形、不規則形、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。 In addition to providing fluid flow through each cavity, one or more of the openings 220 of each partition 210 are configured to direct fluid towards the inner surface 205 of the body portion 201. For example, each of the openings 220 can be configured to create an impingement fluid flow directed at the inner surface 205. Additional or alternative, each of the one or more passages 230 can be configured to generate a film stream from the fluid passing through it. Suitable shapes and / or geometries of one or more openings 220 and / or one or more passages 230 are, but are not limited to, straight, curved, circular, substantially circular, semicircular, Can be chevrons, squares, triangles, stars, irregular shapes, or combinations thereof.

１つの実施形態において、１又は複数の開口部２２０は、所望の壁温度分布をもたらすように構成される。例えば、隔壁２１０は、負圧側面２０８又は正圧側面２０９のいずれかに向けられた比較的多い数の開口部２２０を含むことができ、１つの側面に向けられた比較的多い数の開口部２２０は、この側面のより良好な冷却を可能にする。追加的に又は代替的に、より多い数の開口部２２０は、他方の隔壁２１０と比較すると一方の隔壁２１０に形成することができ、より多い数の開口部２２０を含む隔壁２１０は、物品１００の対応する部分のより良好な冷却を可能にする。１又は複数の開口部２２０の構成によりもたらされる所望の壁温度は、物品１００の過剰な冷却を低減し、下流冷却効率を高め、システム性能を高め、構成要素の過剰な冷却領域以外によるフィルム冷却流の形成前の流体の不必要なヒートピックアップを低減し、物品寿命を延ばし、壁温度の変動を低減し、壁温度の均一性を高め、又はこれらを組み合わせたものをもたらす。 In one embodiment, one or more openings 220 are configured to provide the desired wall temperature distribution. For example, the bulkhead 210 can include a relatively large number of openings 220 directed to either the negative pressure side 208 or the positive pressure side 209, and a relatively large number of openings directed to one side surface. 220 allows for better cooling of this aspect. Additionally or alternatively, a larger number of openings 220 can be formed in one partition 210 as compared to the other partition 210, and the partition 210 containing a larger number of openings 220 is the article 100. Allows better cooling of the corresponding part of. The desired wall temperature provided by the configuration of one or more openings 220 reduces overcooling of the article 100, increases downstream cooling efficiency, enhances system performance, and film cooling outside the excess cooling region of the component. It reduces unnecessary heat pickup of the fluid before the formation of the flow, prolongs the life of the article, reduces the fluctuation of the wall temperature, enhances the uniformity of the wall temperature, or provides a combination thereof.

特定の実施形態において、リユースキャビティ２１３の各々は、アップパスキャビティ２１１及び／又はリユースキャビティ２１３を形成する隔壁２１０の１又は複数の開口部２２０からポストインピンジメント流体を受け入れるように構成される。本明細書で使用される場合、「ポストインピンジメント流体」は、本体部分２０１の内面２０５に向けられた流体を指し、内面２０５に接触又はインピンジメントする流体、並びに１又は２以上の開口部２２０を通って送られるが内面２０５に接触しない流体の両方を含む。例えば、図２に示す翼形部分１０７の２つのリユースキャビティ２１３は、第１のリユースキャビティ及び第２のリユースキャビティを構成する。アップパスキャビティ２１１と第２のリユースキャビティとの間の第１のリユースキャビティは、アップパスキャビティ２１１の１又は複数の開口部２２０を通じて生じるインピンジメント流体流れからのポストインピンジメント流体を受け入れるように構成される。第１のリユースキャビティと翼形部分１０７の前縁２４０との間に配置された第２のリユースキャビティは、第１のリユースキャビティの１又は複数の開口部２２０を通じて生じたインピンジメント流体流れからのポストインピンジメント流体を受け入れるように構成される。また、物品１００は、１又は２以上の追加のリユースキャビティを含むことができ、追加のリユースキャビティの各々は、何らかの上流キャビティを形成する隔壁２１０の１又は複数の開口部２２０からのポストインピンジメント流体を受け入れるように構成されており、この上流キャビティは、限定されるものではないが、アップパスキャビティ２１１、及び／又はアップパスキャビティ２１１と追加のリユースキャビティとの間に配置されたいずれかのリユースキャビティ２１３を含む。 In certain embodiments, each of the reuse cavities 213 is configured to receive post-impingement fluid from one or more openings 220 of the bulkhead 210 forming the uppass cavities 211 and / or the reuse cavities 213. As used herein, "post-impingement fluid" refers to a fluid directed at the inner surface 205 of the body portion 201, a fluid that contacts or impinges on the inner surface 205, and one or more openings 220. Contains both fluids that are sent through but do not contact the inner surface 205. For example, the two reuse cavities 213 of the airfoil portion 107 shown in FIG. 2 constitute a first reuse cavity and a second reuse cavity. The first reuse cavity between the uppass cavity 211 and the second reuse cavity is configured to receive post-impingement fluid from the impingement fluid flow generated through one or more openings 220 of the uppass cavity 211. Will be done. The second reuse cavity located between the first reuse cavity and the leading edge 240 of the airfoil portion 107 is from the impingement fluid flow generated through one or more openings 220 of the first reuse cavity. It is configured to accept post-impingement fluids. Also, article 100 may include one or more additional reuse cavities, each of which is a post-impingement from one or more openings 220 of the bulkhead 210 forming some upstream cavity. Configured to accept fluid, this upstream cavity is any, but not limited to, an uppass cavity 211 and / or one located between the uppass cavity 211 and an additional reuse cavity. Includes reuse cavity 213.

本明細書に記載の１又は２以上の実施形態によれば、各リユースキャビティ２１３の隔壁２１０の１又は複数の開口部２２０を通じて生じるインピンジメント冷却流は、リユースキャビティ２１３が受け入れるポストインピンジメント流体から構成されるか又は実質的に構成される。例えば、図２、４、及び５に示される物品の前縁経路２４１において、第１のリユースキャビティは、アップパスキャビティ２１１から受け入れたポストインピンジメント流体で構成される又は実質的に構成される、その１又は複数の開口部２２０を通じてインピンジメント冷却流れを生じるように構成される。第２のリユースキャビティは、その１又は複数の通路２３０を通じてフィルム冷却流を生じるように（図２、４、及び５を参照）、及び／又は第１のリユースキャビティからのポストインピンジメント流体で構成される又は実質的に構成される、その１又は複数の開口部２２０を通じてインピンジメント冷却流れを生じるように（図５参照）構成される。本明細書で使用される場合、用語「実質的に構成される」とは、インピンジメント冷却流れが、少なくとも９０％のポストインピンジメント流体で構成されることを意味する。 According to one or more embodiments described herein, the impingement cooling flow generated through one or more openings 220 of the bulkhead 210 of each reuse cavity 213 is from the post-impingement fluid received by the reuse cavity 213. Constructed or substantially configured. For example, in the leading edge path 241 of the article shown in FIGS. 2, 4, and 5, the first reuse cavity is composed or substantially composed of the post impingement fluid received from the uppass cavity 211. It is configured to generate an impingement cooling flow through one or more of the openings 220. The second reuse cavity is configured to generate a film cooling stream through one or more of its passages 230 (see FIGS. 2, 4, and 5) and / or a post-impingement fluid from the first reuse cavity. It is configured to produce an impingement cooling flow through one or more openings 220 thereof, which are or substantially configured (see FIG. 5). As used herein, the term "substantially composed" means that the impingement cooling stream is composed of at least 90% post-impingement fluid.

ポストインピンジメント流体から構成される又は実質的に構成されるインピンジメント冷却流れを生じることで、リユースキャビティ２１３は、物品１００の連続したインピンジメント冷却を可能にする。物品１００の連続したインピンジメント冷却は、少なくとも１つのアップパスキャビティ２１１が受け入れた流体を実質的に又は完全に供給する１又は２以上の流路を含み、これにより物品１００の冷却効率が高くなり、物品１００に向けられる流体量が減少し、ポストインピンジメント流体流れが減少し、直交流縮小が減少し、フィルム孔圧力比に対する改善された制御をもたらすことで及び／又はフィルム列吹き出し比に対する改善された制御をもたらすことでフィルム冷却効率が改善する。 By creating an impingement cooling stream composed of or substantially composed of the post-impingement fluid, the reuse cavity 213 enables continuous impingement cooling of the article 100. The continuous impingement cooling of the article 100 includes one or more channels that substantially or completely supply the fluid received by at least one uppass cavity 211, which increases the cooling efficiency of the article 100. , By reducing the amount of fluid directed to the article 100, reducing the post-impingement fluid flow, reducing the orthogonal flow reduction, providing improved control over the film pore pressure ratio and / or improving against the film row blowout ratio. The film cooling efficiency is improved by providing the controlled control.

好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことができ且つ本発明の要素を均等物で置き換えることができる点は理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的事項を本発明の教示に適合するように多くの修正を行うことができる。従って、本開示は、本開示を実施するよう企図される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本開示は請求項の範囲に属する全ての実施形態を含むことになるものとする。加えて、詳細な説明で特定される全ての数値は、厳密な値及び近似値の両方が明示的に特定されると解釈されるものとする。 Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, it is understood that various modifications can be made without departing from the scope of the invention and the elements of the invention can be replaced with equivalents. Will. In addition, many modifications can be made to adapt a particular situation or physical matter to the teachings of the invention without departing from the essential scope of the invention. Accordingly, the present disclosure is not limited to the particular embodiment disclosed as the best embodiment of the present disclosure, and the present disclosure includes all embodiments within the scope of the claims. It shall be. In addition, all numbers specified in the detailed description shall be construed as explicitly specifying both exact and approximate values.

１００ 物品
１０１ タービンバケット
１０３ 根元部分
１０５ プラットフォーム
１０７ 翼形部分
２０１ 本体部分
２０３ 外面
２０５ 内面
２０７ 内部領域
２０８ 負圧側面
２０９ 正圧側面
２１０ 隔壁
２１１ アップパスキャビティ
２１３ リユースキャビティ
２２０ 開口部
２３０ 通路
２４０ 前縁
２４１ 前縁経路
２５０ 後縁
２５１ 後縁経路 100 Article 101 Turbine bucket 103 Root part 105 Platform 107 Airfoil part 201 Main body part 203 Outer surface 205 Inner surface 207 Inner area 208 Negative pressure side 209 Positive pressure side 210 Bulk wall 211 Uppass cavity 213 Reuse cavity 220 Opening 230 Passage 240 Leading edge 241 Leading Edge Path 250 Trailing Edge 251 Trailing Edge Path

Claims (8)

内面（２０５）及び外面（２０３）を有し、前記内面（２０５）が内部領域を定める翼形の本体部分（２０１）と、
各々が前記内部領域を横切って延びる、前記本体部分（２０１）の中の複数の隔壁（２１０）と、
前記複数の隔壁（２１０）の各々において、流体を前記本体部分（２０１）の前記内面（２０５）に向けて送るように配列及び配置された複数の開口部（２２０）と、
を備える物品（１００）であって
前記複数の隔壁（２１０）は、少なくとも１つのアップパスキャビティ（２１１）と少なくとも１つの第１のリユースキャビティ（２１３）の間に配置されたアップパス隔壁と、前記少なくとも１つの第１のリユースキャビティ（２１３）と少なくとも１つの追加のリユースキャビティ（２１３）との間に、前記アップパス隔壁と前記翼形の翼厚方向でオーバーラップせず、前記翼形の前縁から後縁に向かう翼弦線に沿った方向で前記アップパス隔壁から離れて配置された少なくとも１つのリユース隔壁を含み、
前記複数の開口部（２２０）の内の前記アップパス隔壁に設けられた開口部（２２０）は、前記本体部分（２０１）の負圧側及び正圧側の前記内面（２０５）に向けられた一次インピンジメント流体流れを生成し、
前記一次インピンジメント流体流れは、前記第１のリユースキャビティ（２１３）内で一次ポストインピンジメント流体を生成し、
前記複数の開口部（２２０）の内の前記少なくとも１つのリユース隔壁に設けられた開口部（２２０）は、前記一次ポストインピンジメント流体を受け入れて、前記本体部分（２０１）の負圧側及び正圧側の前記内面（２０５）に向けられた二次インピンジメント流体流れを生成し、
前記二次インピンジメント流体流れは、前記少なくとも１つの追加のリユースキャビティ（２１３）内で二次ポストインピンジメント流体を生成する、物品（１００）。 An airfoil body portion (201) having an inner surface (205) and an outer surface (203), wherein the inner surface (205) defines an internal region.
A plurality of bulkheads (210) in the body portion (201), each extending across the internal region.
A plurality of openings (220) arranged and arranged so as to direct fluid toward the inner surface (205) of the main body portion (201) in each of the plurality of partition walls (210).
The article (100) comprising: the plurality of partition walls (210) is an uppass partition wall disposed between at least one uppass cavity (211) and at least one first reuse cavity (213). The uppass bulkhead and the airfoil do not overlap in the blade thickness direction between the at least one first reuse cavity (213) and the at least one additional reuse cavity (213), but the airfoil. Includes at least one reuse bulkhead disposed away from the uppass bulkhead along the chord line from the leading edge to the trailing edge .
The opening (220) provided in the uppass partition wall among the plurality of openings (220) is a primary impinge directed to the inner surface (205) on the negative pressure side and the positive pressure side of the main body portion (201). Generates a ment fluid flow,
The primary impingement fluid flow produces a primary post-impingement fluid in the first reuse cavity (213).
The opening (220) provided in the at least one reuse partition wall among the plurality of openings (220) receives the primary post impingement fluid and receives the negative pressure side and the positive pressure side of the main body portion (201). Generates a secondary impingement fluid flow directed at the inner surface (205) of the
The article (100), wherein the secondary impingement fluid flow produces a secondary post-impingement fluid within the at least one additional reuse cavity (213). 物品（１００）であって、
負圧側面（２０８）、正圧側面（２０９）、内面（２０５）及び外面（２０３）を有し、前記内面（２０５）が内部領域を定める、本体部分（２０１）と、
前記本体部分（２０１）内に配置された複数の一体隔壁（２１０）であって、前記複数の一体隔壁（２１０）の各々が前記本体部分（２０１）の正圧側と前記本体部分（２０１）の負圧側に一体的に接続され、前記複数の一体隔壁（２１０）の各々が前記内部領域を横切って延びる、複数の一体隔壁（２１０）と、
前記複数の一体隔壁（２１０）の各々に形成され、前記本体部分（２０１）の前記内面（２０５）に向かって流体を送るように配列及び配置された複数の開口部（２２０）と、
を備え、
前記複数の一体隔壁（２１０）が、前記負圧側面（２０８）の前記内面（２０５）と前記正圧側面（２０９）の前記内面（２０５）との間に延びる第１の一体アップパス隔壁と、少なくとも一部が前記第１の一体アップパス隔壁により画定され、前記物品（１００）の外部から流体を受け入れるように配列及び配置された少なくとも１つのアップパスキャビティ（２１１）と少なくとも１つの第１のリユースキャビティ（２１３）との間に配置された第２の一体アップパス隔壁と、少なくとも１つの第１のリユースキャビティ（２１３）と少なくとも１つの追加のリユースキャビティ（２１３）との間に配置された少なくとも１つの一体リユース隔壁を含み、
前記第２の一体アップパス隔壁の一端が、前記第１の一体アップパス隔壁に接続され、
前記第２の一体アップパス隔壁の他端が、前記第１の一体アップパス隔壁に接続され、
前記複数の開口部（２２０）の内の前記第２の一体アップパス隔壁に設けられた開口部（２２０）は、前記本体部分（２０１）の負圧側及び正圧側の前記内面（２０５）に向けられた一次インピンジメント流体流れを生成し、
前記一次インピンジメント流体流れは、前記第１のリユースキャビティ（２１３）内で一次ポストインピンジメント流体を生成し、
前記複数の開口部（２２０）の内の前記少なくとも１つの一体リユース隔壁に設けられた開口部（２２０）は、前記一次ポストインピンジメント流体を受け入れて、前記本体部分（２０１）の負圧側及び正圧側の前記内面（２０５）に向けられた二次インピンジメント流体流れを生成し、
前記二次インピンジメント流体流れは、前記少なくとも１つの追加のリユースキャビティ（２１３）内で二次ポストインピンジメント流体を生成する、物品（１００）。 Goods (100)
A main body portion (201) having a negative pressure side surface (208), a positive pressure side surface (209), an inner surface (205) and an outer surface (203), wherein the inner surface (205) defines an internal region.
A plurality of integrated partition walls (210) arranged in the main body portion (201), and each of the plurality of integrated partition walls (210) is a positive pressure side of the main body portion (201) and the main body portion (201). A plurality of integral bulkheads (210) that are integrally connected to the negative pressure side and each of the plurality of integral bulkheads (210) extends across the internal region.
A plurality of openings (220) formed in each of the plurality of integral partition walls (210) and arranged and arranged so as to send a fluid toward the inner surface (205) of the main body portion (201).
Equipped with
The plurality of integrated partition walls (210) and the first integrated uppass partition wall extending between the inner surface (205) of the negative pressure side surface (208) and the inner surface (205) of the positive pressure side surface (209). At least one uppass cavity (211) and at least one first , at least partially defined by the first integrated uppass partition and arranged and arranged to receive fluid from the outside of the article (100). A second integrated uppass bulkhead disposed between the reuse cavity (213) and at least one first reuse cavity (213) and at least one additional reuse cavity (213). Includes at least one integrated reuse bulkhead
One end of the second integrated uppass partition is connected to the first integrated uppass partition.
The other end of the second integrated uppass partition is connected to the first integrated uppass partition.
The opening (220) provided in the second integrated uppass partition wall among the plurality of openings (220) is directed toward the inner surface (205) on the negative pressure side and the positive pressure side of the main body portion (201). Generates a primary impingement fluid flow
The primary impingement fluid flow produces a primary post-impingement fluid in the first reuse cavity (213).
The opening (220) provided in the at least one integrated reuse partition wall among the plurality of openings (220) receives the primary post impingement fluid and receives the negative pressure side and the positive of the main body portion (201). Generates a secondary impingement fluid flow directed at the inner surface (205) on the compression side.
The article (100), wherein the secondary impingement fluid flow produces a secondary post-impingement fluid within the at least one additional reuse cavity (213). 前記少なくとも１つのアップパスキャビティ（２１１）は、第１のアップパスキャビティ（２１１）及び第２のアップパスキャビティ（２１１）を備える、請求項１または２に記載の物品（１００）。 The article (100) according to claim 1 or 2, wherein the at least one uppass cavity (211) includes a first uppass cavity (211) and a second uppass cavity (211). 前記少なくとも１つのアップパスキャビティの各々は、前記物品（１００）の外部から流体を受け入れるように配列及び配置される、請求項１乃至３のいずれかに記載の物品（１００）。 The article (100) according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the at least one uppass cavity is arranged and arranged so as to receive a fluid from the outside of the article (100). 前記内面（２０５）と前記外面（２０３）との間に延びる通路（２３０）をさらに備える、前記通路（２３０）は、前記本体部分（２０１）を貫通する流体流れをもたらす、請求項１乃至４のいずれかに記載の物品（１００）。 Claims 1 to 4, further comprising a passage (230) extending between the inner surface (205) and the outer surface (203), the passage (230) providing a fluid flow through the body portion (201). Article (100) according to any one of. 前記複数の隔壁２１０のうちの１つに形成された前記開口部（２２０）の数は、少なくとも１つの他の隔壁の形成された開口部（２２０）の数よりも多く、
前記複数の隔壁（２１０）の各々に形成された前記開口部（２２０）の数は、所望の膜供給圧または、所望の壁温度分布をもたらすように選択される、請求項１乃至５のいずれかに記載の物品（１００）。 The number of openings (220) formed in one of the plurality of partition walls 210 is greater than the number of openings (220) formed in at least one other partition wall.
Any of claims 1-5, wherein the number of openings (220) formed in each of the plurality of partition walls (210) is selected to provide the desired membrane feed pressure or desired wall temperature distribution. Article (100) described in Crab. 物品（１００）を冷却するための方法であって、
負圧側面（２０８）、正圧側面（２０９）、内面（２０５）及び外面（２０３）を有し、前記内面（２０５）が内部領域を定める、翼形の本体部分（２０１）と、
前記内部領域を横切って延び、前記内部領域の中にアップパスキャビティ（２１１）と少なくとも１つの第１のリユースキャビティ（２１３）との間に配置されたアップパス隔壁と、
前記内部領域を横切って延び、前記内部領域の中に前記第１のリユースキャビティ（２１３）と少なくとも１つの追加のリユースキャビティ（２１３）との間に、前記アップパス隔壁と前記翼形の翼厚方向でオーバーラップせず、前記翼形の前縁から後縁に向かう翼弦線に沿った方向で前記アップパス隔壁から離れて配置された少なくとも１つのリユース隔壁と、
前記アップパス隔壁及び前記少なくとも１つのリユース隔壁の各々に形成され、前記本体部分（２０１）の前記内面（２０５）に向けて流体を送るように配列及び配置された複数の開口部（２２０）と、
備える物品（１００）を準備する段階と、
流体を前記アップパスキャビティ（２１１）に送る段階と、
前記アップパス隔壁の前記複数の開口部（２２０）を通じて前記本体部分（２０１）の負圧側及び正圧側の前記内面（２０５）に向けられた一次インピンジメント流体流れを発生させる段階と、
前記一次インピンジメント流体流れを受け入れた前記第１のリユースキャビティ（２１３）内で一次ポストインピンジメント流体を形成する段階と、
前記複数の開口部（２２０）の内の前記少なくとも１つのリユース隔壁に設けられた開口部（２２０）が、前記一次ポストインピンジメント流体を受け入れることにより、前記本体部分（２０１）の負圧側及び正圧側の前記内面（２０５）に向けられる二次インピンジメント流体流れを生成する段階と、
前記二次インピンジメント流体流れが、前記少なくとも１つの追加のリユースキャビティ（２１３）内で二次ポストインピンジメント流体を形成する段階と、
を含む、方法。 A method for cooling the article (100).
An airfoil body portion (201) having a negative pressure side surface (208), a positive pressure side surface (209), an inner surface (205) and an outer surface (203), the inner surface (205) defining an internal region.
An uppass partition that extends across the internal region and is located within the internal region between the uppass cavity (211) and at least one first reuse cavity (213).
The uppass bulkhead and the airfoil thickness between the first reuse cavity (213) and the at least one additional reuse cavity (213) extending across the internal region and into the internal region. With at least one reuse bulkhead disposed away from the uppass bulkhead along the chord line from the leading edge to the trailing edge of the airfoil without overlapping in the direction .
With a plurality of openings (220) formed in each of the uppass bulkhead and the at least one reuse bulkhead and arranged and arranged to direct fluid towards the inner surface (205) of the body portion (201). ,
At the stage of preparing the article (100) to be prepared,
The stage of sending the fluid to the uppass cavity (211) and
A step of generating a primary impingement fluid flow directed at the inner surface (205) on the negative pressure side and the positive pressure side of the main body portion (201) through the plurality of openings (220) of the uppass partition wall.
The stage of forming the primary post-impingement fluid in the first reuse cavity (213) that has received the primary impingement fluid flow, and
The opening (220) provided in the at least one reuse partition wall among the plurality of openings (220) receives the primary post-impingement fluid, so that the negative pressure side and the positive of the main body portion (201) are positive. A step of creating a secondary impingement fluid flow directed at the inner surface (205) on the compression side, and
When the secondary impingement fluid flow forms a secondary post-impingement fluid within the at least one additional reuse cavity (213).
Including the method. 前記アップパス隔壁、前記第１のリユースキャビティ（２１３）及び前記少なくとも１つの追加のリユースキャビティ（２１３）のそれぞれは、前記本体部分（２０１）の前記内面（２０５）の前記負圧側と前記正圧側と一体に接続されている、請求項７に記載の方法。 The uppass bulkhead, the first reuse cavity (213) and the at least one additional reuse cavity (213) are each on the negative pressure side and the positive pressure side of the inner surface (205) of the main body portion (201). The method according to claim 7, which is integrally connected to the device.
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